À l’heure des défis majeurs du changement climatique, avec la construction urbaine à grande échelle, l’épuisement des ressources naturelles et le stress hydrique des villes, les effets systémiques menacent la qualité de notre vie et notre santé.

Des exemples choisis à l’échelle mondiale montrent que les sciences de la chimie, de la physique, la puissance du numérique, et la compréhension des systèmes biologiques apportent des réponses partielles.

Au-delà de la végétalisation, des matériaux biosourcés, des matériaux économes en consommation de ressources, de l’utilisation des énergies renouvelables, de l’usage massif de l’ubiquité, de l’internet des hommes et des objets, des enjeux restent ouverts sur des problématiques telles que le stockage de l’énergie, de l’eau, du carbone, mais également sur le cycle de vie de l’ensemble et sur la place centrale de l’Homme dans la ville et les conditions de son épanouissement.

Présentation d’une nouvelle source de lumière qui fonctionne sans consommer de l’électricité, en émettant peu de pollution lumineuse et de CO₂.

Cette nouvelle source utilise la bioluminescence naturelle, un phénomène de production de lumière naturelle qui se produit chez des centaines d’organismes vivants et notamment d’animaux marins.Cette nouvelle matière première lumineuse, cultivable, autonome et plus douce peut être utilisée pour changer le paysage urbain.

Les nouvelles technologies et sciences du numérique, incluant l’ensemble des équipements numériques nomades et des objets connectés, permettent d’informer le citoyen de son exposition individuelle à la pollution environnementale au gré de ses déplacements.

Ces observations servent aussi à alimenter d’autres sources de données comme les capteurs fixes. La plateforme AMB city et son application Sound city qui informe le citoyen sur la pollution sonore à partir du téléphone, sont présentées comme exemples.

La ville est un écosystème où coexistent bâtiments de diverses natures, revêtements imperméables, surfaces d’eau, végétation sous différentes formes. L’assemblage de ces composants ainsi que leur propension à être source ou récepteur d’énergie, de gaz et de particules engendrent un microclimat spécifique, affectant les caractéristiques de l’atmosphère urbaine. Le phénomène de l’« îlot de chaleur urbain », résulte notamment de l’existence de nombreuses surfaces imperméables limitant l’évaporation et tendant à augmenter la température de l’air, du rôle de piège radiatif joué par les bâtiments et leur disposition spatiale, du ralentissement du vent moyen à l’échelle de l’agglomération. Par sa capacité à transpirer et par son rôle d’ombrage, la végétation urbaine tend à limiter ce phénomène en humidifiant l’air et en abaissant sa température.

La végétation urbaine intervient directement sur la composition atmosphérique et le bilan des polluants selon plusieurs modalités : absorption et adsorption de polluants gazeux, captation de polluants particulaires, modification de la dispersion atmosphérique exercée par les écoulements turbulents du vent, émission de composés organiques volatils et de pollens éventuellement allergisants, consommation de gaz carbonique par la photosynthèse….

Le développement, ces dernières années, de systèmes d’observation de l’atmosphère urbaine et d’une panoplie de modèles de microclimat urbain, adaptés à différentes échelles (bâtiment, quartier, agglomération), permet de quantifier les effets de la végétation urbaine sur la qualité de l’air et le microclimat.

La pollution atmosphérique doit être évaluée simultanément à toutes les échelles spatiales : à l’intérieur des locaux, à l’échelle urbaine et jusqu’à l’échelle continentale. Les concentrations en particules au centre d’une grande ville proviennent pour près de la moitié de particules émises ou formées à plusieurs centaines de kilomètres.

Des réactions chimiques complexes se produisent entre les masses d’air arrivant sur la ville et les polluants émis localement. Le couplage entre la pollution de fond et la pollution de proximité rend la modélisation et la prévision de la qualité de l’air en ville ardue.

Des exemples sont présentés notamment le système de prévision européen COPERNIC et le système AIR CITY qui montrent que des progrès ont été réalisés dans la compréhension des mécanismes chimiques en jeu, notamment pour la formation d’ozone et de particules secondaires en ville. Ces systèmes permettent aussi l’étude des émissions d’odeurs par une installation industrielle.

La loi sur la transition énergétique pour la croissance verte impulse la transformation des métiers traditionnels du traitement des déchets vers de nouveaux métiers tels que le recyclage et la valorisation de la matière organique.

Sous réserve d’avoir fait l’objet d’un tri en amont, les déchets résiduels constituent une ressource énergétique en se substituant à un combustible fossile.

Bien plus qu’un élément de confort, le rafraîchissement des bâtiments devient un enjeu d’aménagement urbain. Outre le changement climatique et la croissance urbaine, l’évolution de l’architecture et des réglementations introduit de nouveaux modes de gestion climatique et de nouvelles exigences de performance énergétique du bâti.

Pour la ville durable, le froid, énergie indispensable, se conçoit surtout en réseau.

Solution collective, le réseau de froid répond intelligemment aux besoins de rafraîchissement en milieu urbain dense par ses atouts d’efficacité :

• efficacité énergétique : l’énergie consommée pour produire le froid est fortement réduite ;
• efficacité environnementale : les ressources naturelles locales disponibles sont valorisées ;
• efficacité partagée et énergie vertueuse : par rapport à un parc équivalent d’installations autonomes de climatisation, tous les inconvénients (environnementaux, sanitaires, esthétiques) sont minimisés.

Le premier facteur qui peut expliquer cette révolution est la prise de conscience progressive par les acteurs publics et privés du potentiel de progrès socio-économique atteignable dans le monde de l’habitat.

Le deuxième facteur est l’accélération des progrès technologiques dans le secteur de la construction, en particulier dans les matériaux utilisés. Bien qu’elle ne soit pas le seul, la performance énergétique constitue un axe majeur dans les stratégies de recherche et de développement du secteur. Par exemple, les performances de l’isolant le plus couramment utilisé en Europe, la laine de verre, ont été améliorées de 20% en à peine une dizaine d’années, avec des garanties encore accrues en termes de santé et de protection de l’environnement. Des matériaux et des systèmes nouveaux apparaissent régulièrement : c’est le cas des aérogels opaques, des aérogels de silice, des isolants sous vide ou des verres électrochromes, pour le moment réservés à des applications de pointe, mais qui sont appelés à se démocratiser.

Des progrès analogues sont en voie de diffusion pour favoriser d’autres aspects de la performance et du confort de l’habitat, par exemple en matière de qualité de l’air, de confort visuel ou de confort acoustique. Ce mouvement s’appuie sur une montée en compétence de l’ensemble de la chaîne de valeur de la construction, en particulier pour l’étape critique que constitue la mise en œuvre des solutions sur les chantiers.

Les micropolluants issus de l’activité humaine qui se retrouvent dans le milieu naturel sont analysés, traités et éliminés grâce à de nouveaux procédés plus efficaces et moins énergivores. Il faut aussi réduire, voire éliminer, l’utilisation de certains produits chimiques synthétiques (chloration) et les substituer par des produits d’origine naturelle ou renouvelables.

Pour avoir accès à plus de ressources, il faut apprendre à dessaler l’eau de mer, traiter les eaux de surfaces difficiles ou encore recycler les eaux usées. Ces nouveaux procédés impliquent l’utilisation de nouveaux matériaux dans les membranes et l’amélioration des procédés physicochimiques de traitement.

Les technologies de l’information, les capteurs et l’utilisation numérique des données permettent d’exploiter de façon plus fine les milliers de kilomètres du réseau urbain et de garantir la qualité de l’eau au robinet dans toutes situations.

Enfin les eaux usées sont maintenant utilisées comme source d’énergie (biogaz) et de nutriments (phosphore, azote).

Un état des lieux de la pollution typique de l’air intérieur en milieu urbain est présenté. Les principales sources de polluants sont identifiées et classées en fonction de la nature du polluant. Une attention particulière est portée aux composés organiques volatiles (COV) qui constituent la classe de polluants la plus fréquente et la plus diversifiée. Le règlement actuel en matière d’exposition est présenté.

Un exemple de campagne de mesure, centrée sur le diagnostic du formaldéhyde, est décrit, qui permet de faire un état des lieux des différentes techniques de mesures et des polluants. Il met en évidence l’importance du choix des matériaux d’aménagement des espaces intérieurs.
Les développements actuels et les perspectives d’épuration de l’air sont abordés afin de dégager les pistes les plus prometteuses.